Aproximadamente 530 milhões de anos atrás, no início da era cambriana, um evento único ocorreu na Terra - de repente, rapidamente e quase simultaneamente, surgiram muitas novas formas biológicas que se tornaram as precursoras dos mais importantes tipos de organismos modernos até o homem. Muitos biólogos ainda acham difícil aceitar a realidade dessa explosão cambriana. Em um dos livros-texto padrão de biologia das universidades americanas, por exemplo, ainda pode-se ler a afirmação de que "as formas que viveram naquele período (cambriano) devem ter descendido de ancestrais que existiram pelo menos centenas de milhões, e até bilhões de anos antes disso". Mas este é o mistério da explosão cambriana, que nenhuma forma intermediária e transitória conectou os novos tipos de organismos que apareceram então com bactérias e algas protozoárias que habitavam oceanos terrestres até eles. E essa ausência da "ponte" usual representa uma tarefa difícil para os biólogos - explicar como um salto evolutivo tão misterioso pode ocorrer.

O Cambriano foi um ponto de virada único na história da evolução. Isso significa que as causas que causaram essa explosão biológica única também devem ter sido únicas. Mas quais são esses motivos? Um ou muitos? Que tipo - puramente biológico? Ou talvez físico e químico ou geológico? Ou um, e outro, e o terceiro juntos?

Houve uma explosão?

Um artigo recente do professor do Caltech Kirschvink e seus colaboradores Ripperdan e Evans, que fez a sensacional afirmação de que cerca de meio bilhão de anos atrás, nosso planeta sofreu um verdadeiro salto mortal no espaço sideral, atraiu atenção extraordinária. Segundo os autores, durante esse cataclismo, nosso planeta girou até 90 graus em relação ao seu eixo, o que fez com que os principais continentes da Terra mudassem sua antiga localização - nos pólos - para a atual.

Claro que a ciência e Ciência popular os jornais do mundo imediatamente alertaram seus leitores para a nova hipótese sensacional. Mas o que é surpreendente - todas as mensagens sobre isso foram sob títulos como: "A rotação da Terra explica o mistério cambriano" ou "o salto mortal do planeta - as causas da explosão cambriana". De fato, no final de seu artigo, os autores vincularam diretamente os resultados de suas pesquisas com o grande salto evolutivo que ocorreu na Terra há meio bilhão de anos. Eles escreveram que o antigo cataclismo planetário descoberto por eles poderia se tornar o ímpeto inicial que implicou esse salto misterioso.

Permitam-me também lembrá-los de outra publicação dedicada ao "Big Bang biológico" cambriano: um artigo de três outros cientistas americanos, desta vez biólogos - Valentin, Yablonsky e Erwin. E embora o título do artigo fosse estritamente científico: “A Origem do Plano Corporal dos Organismos Multicelulares”, o subtítulo não deixava dúvidas de que esse trabalho também estava diretamente relacionado ao mistério cambriano. “Fósseis recentemente descobertos e uma nova compreensão do processo de desenvolvimento”, escreveram os autores, “abre possibilidades inesperadas para explicar o mistério do surgimento explosivo de novas espécies no início da era cambriana”.

Que razões dão origem a essas tentativas incessantemente renovadas de explicar um salto evolutivo comum, ao que parece, como a explosão cambriana parece para uma pessoa não iniciada? Afinal, a história da evolução conhece outros eventos não menos catastróficos e não menos misteriosos - por exemplo, a extinção total e quase simultânea dos dinossauros que ocorreu há 65 milhões de anos, ou a chamada Grande Morte ("Catástrofe de Perm", como também é chamado) - uma massa e a rápida extinção de organismos vivos nos oceanos da Terra na era Permiana, 245 milhões de anos atrás, quando cerca de 95 por cento de toda a fauna marinha morreu “de uma vez”. Por que não atraem uma atenção tão intensa e incessante? Por que a explosão cambriana vem causando a controvérsia mais aguda e implacável por mais de cento e cinquenta anos, quase desde o momento de sua descoberta?

A resposta é que entre todos os muitos mistérios do passado biológico da Terra, a explosão cambriana ocupa um lugar especial. Ao contrário de todos os outros desastres, invariavelmente associados à extinção de certas espécies vivas, essa explosão levou ao rápido surgimento de muitos novos formas biológicas.

Este nascimento de novas formas foi bastante repentino. Não há evidências de que tenha sido precedida por um longo acúmulo de mudanças graduais e complicações.

Além disso, esse surgimento incompreensível de novas formas não se estendeu por toda a época cambriana, ou pelo menos uma parte significativa dela, mas ocorreu quase simultaneamente, em cerca de três a cinco milhões de anos. Em uma escala de tempo geológico, este é um período absolutamente insignificante - é apenas um milésimo da duração total da evolução, o que nos faz chamar esse salto evolutivo de “explosão biológica”. As consequências dessa explosão tiveram um significado único para a evolução da vida em nosso planeta - dividiram a história dessa evolução em duas partes desiguais. Se a era pré-cambriana foi uma época de dominação exclusiva organismos unicelulares, então pós-cambriano tornou-se a era das formas multicelulares. Durante a explosão cambriana, pela primeira vez na história da evolução, organismos multicelulares do tipo moderno, formaram-se todas as características principais desses “planos” corporais, segundo os quais esses organismos ainda são construídos, foram estabelecidos os pré-requisitos para a futura saída desses organismos dos mares para a terra e sua conquista de toda a superfície da Terra.

Aqui está o que parecia, com base na compreensão científica atual. terra, segundo estimativas modernas, formado há cerca de quatro bilhões e meio de anos. Os primeiros organismos unicelulares em seus oceanos apareceram cerca de três bilhões e meio a quatro bilhões de anos atrás. Em outras palavras, a vida na Terra surgiu quase imediatamente após o surgimento das condições necessárias para isso - o resfriamento do planeta, a formação da crosta terrestre e dos oceanos. No entanto, tendo feito isso primeiro, a maioria passo importante, a evolução por algum motivo desacelerou por até três bilhões de anos. Era como se houvesse alguma barreira invisível à sua frente, que ela não conseguia superar. Todo esse tempo, limitou-se apenas à mudança e aprimoramento de espécies já existentes - bactérias microscópicas e algas protozoárias.

E então para tempo mais curto, deixe-me lembrá-lo - em três a cinco milhões de anos, há um „ vida nova“: o protótipo e precursor do moderno.

Então, o que aconteceu então - 530-540 milhões de anos atrás?

A singularidade e o mistério das características da Explosão Cambriana - foi isso que atraiu a atenção incessante dos biólogos nos últimos cento e cinquenta anos.

A complexidade do problema reside, no entanto, não apenas neste mistério do "Big Bang biológico" cambriano e nas razões que lhe deram origem. Um ímpeto igualmente importante para o debate afiado e contínuo em torno dele é o fato de que o problema da explosão cambriana também está diretamente relacionado à teoria darwiniana da evolução. Mais precisamente, simplesmente a contradiz. O próprio Darwin foi o primeiro a perceber isso. Ele foi o primeiro a sugerir saída possível dessa contradição. No entanto, a hipótese proposta por Darwin não satisfez muitos de seus seguidores, e como resultado biólogos evolucionistas dividido em dois campos em guerra, cuja disputa se arrasta há um século e meio. Vamos tentar resolver essa polêmica.

O descobridor da Explosão Cambriana foi Robert Murchison, um aristocrata inglês que, sob a influência de sua ambiciosa esposa, decidiu ingressar na ciência. Estudando os fósseis de eras antigas encontrados nos respectivos depósitos, ele descobriu que as camadas desses depósitos são separadas por um limite nítido. Abaixo desse limite, eles são extremamente pobres em restos biológicos e mostram a onipresença de apenas os organismos unicelulares mais simples - bactérias e algas, e então, a partir da era cambriana, cerca de 550 milhões de anos atrás, de repente adquirem uma riqueza sem precedentes de novas formas biológicas . Sendo um crente e compartilhando a convicção do grande Lineu de que “há exatamente tantas espécies quanto o Criador as criou originalmente”, Murchison considerou o fenômeno que descobriu como evidência direta da intervenção da mão de Deus no desenvolvimento da vida. Fica claro o que é criacionista (da palavra criação- criação) explicação era incompatível com a ideia da evolução natural das formas biológicas.

Murchison publicou os resultados de sua pesquisa nos anos trinta do século passado. Algumas décadas depois, foi publicada a famosa obra de Darwin "A Origem das Espécies", na qual pela primeira vez a teoria do desenvolvimento da vida na Terra, baseada em ideias de mudanças hereditárias e seleção natural, foi consistentemente apresentada e discutida em detalhes. . É claro que Darwin não aceitou o criacionismo. Mas ele imediatamente viu que Explosão Cambrianaé um obstáculo para sua teoria em outro - não menos importante - aspecto.

O fato é que, segundo Darwin, a evolução tinha que ocorrer de forma gradual, suave e contínua, ou seja, como dizem hoje, gradualmente. Em seu livro, ele escreveu de forma muito inequívoca: “A seleção natural diariamente e de hora em hora submete todas as mudanças que ocorrem no mundo, mesmo as menores, ao escrutínio mais rigoroso, rejeitando o que é ruim, preservando e melhorando o que é bom... não perceba essas mudanças lentas em sua formação gradual e perceba-as apenas quando o curso do tempo mede grandes intervalos de épocas históricas inteiras.

É claro que o gradualismo darwiniano era incompatível com a presença de um fenômeno tão agudo, de curto prazo e rápido como a explosão cambriana. O gradualismo repousa sobre uma crença lindamente articulada pelo famoso divulgador do darwinismo, T.H. Huxley: "A natureza não tolera saltos." A contradição com os dados de Murchison preocupou tanto Darwin que no prefácio da última edição de seu livro, ele observou especificamente “Atualmente, esse fenômeno (a explosão cambriana. - R.N.) permanece inexplicável, e pode realmente ser considerado como um convincente argumento contra os pontos de vista desenvolvidos neste livro.

Como já mencionado, Darwin tentou encontrar uma saída para a situação. Talvez, ele sugeriu, a Explosão Cambriana não fosse, de fato, uma verdadeira "explosão"; talvez na verdade ele foi precedido um longo período acumulação gradual de mudanças evolutivas e formação de novas formas biológicas; mas Murchison simplesmente não conseguiu detectar essas formas antecedentes e intermediárias. Essa explicação permitiu preservar aquela natureza contínua e suave da evolução, que Darwin postulou com base nos dados empíricos que coletou e que, aos seus olhos, era a característica central de todo o processo evolutivo.

Algum biólogos evolucionistas discordou da interpretação de Darwin do enigma cambriano. (Já Huxley, em sua carta a Darwin às vésperas da publicação de A Origem das Espécies, advertiu: “Você desnecessariamente assumiu uma dificuldade completamente desnecessária ao aceitar que a natureza não tolera saltos.”) Esses darwinistas não podiam aceitar o gradualismo darwiniano de forma alguma. Parecia-lhes não tanto derivado de fatos empíricos (afinal, ele contradisse os fatos de Murchison!) quanto introduzido na biologia de fora.

Não muito tempo atrás, o famoso biólogo moderno e divulgador do darwinismo, Stephen J. Gould, sugeriu a esse respeito que Darwin emprestou sua crença inabalável no gradualismo de seu predecessor, famoso fundador geologia moderna de Charles Lyell, que foi seu colega próximo e mentor pessoal (Darwin deu seus primeiros passos científicos em geologia). Para o próprio Lyell, argumenta Gould, o gradualismo era mais do que apenas um princípio científico empírico. Parecia-lhe a base necessária para uma compreensão e abordagem verdadeiramente científicas. Segundo Lyell, a afirmação de que estágios individuais de desenvolvimento podem ser separados por saltos bruscos e catastróficos revive implicitamente a fé nos milagres sobrenaturais e na intervenção de Deus na história, ou seja, devolve o pensamento humano ao pré-científico, tempos religiosos. (O mesmo Gould observa que essa rejeição determinada de saltos, catástrofes e revoluções era em parte também um reflexo do espírito geral da era vitoriana, com sua crença no progresso suave, gradual e imparável.)

Recordemos, no entanto, que já no tempo de Lyell e Darwin havia outro ponto de vista, que foi desenvolvido com mais vigor pelo naturalista francês Georges Cuvier e que hoje se chama "catastrofismo". De acordo com esse conceito, a história geológica (e, consequentemente, biológica) da Terra não se desenrolou suavemente, mas, ao contrário, foi repleta de saltos e descontinuidades de natureza catastrófica, que, no entanto, nada tinham a ver com milagres sobrenaturais ou a intervenção de Deus, mas são passíveis de explicação bastante natural e racional. A explosão cambriana se encaixava perfeitamente nesse conceito, e foi essa circunstância que levou muitos evolucionistas a desafiar a hipótese de Darwin, reconhecer a realidade do Salto Cambriano e passar para as posições de "catastrofismo".

Aconteceu que o mistério cambriano desde o início dividiu evolucionistas darwinianos em dois campos opostos que têm diferentes entendimentos do curso da evolução biológica. De um lado do divisor de águas estavam "gradualistas" convictos, do outro - assim como "catastrofistas" convictos. (O terceiro campo, que se opõe tanto aos “gradualistas” quanto aos “catastrofistas” em sua completa negação da evolução em geral, consiste nos modernos "criacionistas".

Os proponentes do gradualismo darwiniano oferecem várias explicações possíveis para a ausência de formas intermediárias pré-cambrianas. Alguns argumentam que as formas biológicas anteriores ao Cambriano não sobreviveram porque não tinham esqueleto ou concha externa e eram macias, gelatinosas (o que, a propósito, é verdade). Outros explicam a ausência de formas transicionais em depósitos pré-cambrianos por razões puramente físicas, argumentando que as rochas pré-cambrianas foram submetidas a um aquecimento e pressão tão fortes que nenhum vestígio biológico foi preservado nelas (o que não é inteiramente verdade). Outros ainda propõem a suposição de que a vida pré-cambriana se desenvolveu em lagos, e a explosão cambriana é simplesmente uma consequência da migração rápida e rápida de formas biológicas já formadas nesses lagos para os mares e oceanos (esta hipótese recebeu um desenvolvimento peculiar em o trabalho de Kirshvink e colegas mencionados acima). Todas essas hipóteses estão unidas pelo desejo de mostrar que a transição das formas pré-cambrianas para pós-cambriano era suave e contínua, apenas vestígios dela, por uma razão ou outra, ainda não foram encontrados ou não foram preservados.

De fato, não muito tempo atrás, os pesquisadores conseguiram descobrir os primeiros tipos de organismos multicelulares que precederam imediatamente o Cambriano. Eles foram encontrados em depósitos próximos ao assentamento australiano de Ediacara e, portanto, receberam o nome de "Ediacara". Quase até muito recentemente, até os anos oitenta, os organismos ediacaranos eram interpretados no espírito do gradualismo darwiniano - como um elo intermediário na história da complicação gradual, ou a evolução das formas biológicas do pré-cambriano ao pós-cambriano.

Mas há cerca de quinze anos, um exame mais atento desses restos mostrou que, de fato, eles não têm conexão com as formas biológicas modernas. Talvez eles geralmente representassem algum ramo especial e sem saída da evolução biológica, que não deu nenhuma continuação. Alguns biólogos acreditam que esse ramo da vida foi destruído em algum tipo de catástrofe que precedeu a explosão cambriana. No decorrer da história, teremos que retornar à misteriosa fauna ediacarana.

É claro que é impossível excluir que as esperanças de Darwin e outros “gradualistas” ainda serão justificadas e alguns outros depósitos serão encontrados com a mesma riqueza de formas biológicas que na prateleira de Burgess ou na China, mas apenas esses depósitos ser pré-cambriano, e as formas são intermediárias, antecedendo o cambriano. Nesse caso, a teoria darwiniana da evolução será preservada com todo o seu gradualismo, gradualismo e suavidade de desenvolvimento. Mas até agora nada do tipo foi encontrado, e nesta base biólogos do "desastre" insistem cada vez mais vigorosamente na necessidade de revisar a teoria darwiniana. Segundo eles, a explosão cambriana (assim como outros fenômenos abruptos semelhantes, como a morte rápida de todos os dinossauros ou a “catástrofe de Perm” mencionada acima) dita a inevitabilidade de tal expansão da teoria da evolução, o que permitiria não apenas uma mudança suave, mas também “explosiva” na diversidade biológica, não apenas gradual, mas também “saltos” e “catástrofes” no desenvolvimento do mundo biológico. Essa controvérsia prolongada ganhou particular urgência desde o início dos anos 1970, quando o já mencionado Stephen Gould e seu colega, o paleontólogo Nick Eldridge, propuseram uma versão radical de tal extensão do darwinismo - a chamada teoria do "equilíbrio pontilhado".

Voltaremos a este mais recente desenvolvimento da teoria evolucionária e à controvérsia em torno dela, mas antes talvez devêssemos terminar nossa história interrompida sobre as razões para explicar a explosão cambriana hoje por aqueles que a consideram uma realidade evolutiva, que físico e químico ou hipóteses biológicas são apresentadas hoje para explicar o enigma cambriano. Afinal, para décadas recentes algumas dessas hipóteses foram propostas, e os trabalhos recentes de Kirshvink e Valentin mencionados no início do artigo são apenas os mais recentes nesta longa série. Cada uma dessas hipóteses é uma espécie de "máquina do tempo alimentada pela lógica" que permite olhar para o passado distante da Terra. Vamos usar este veículo fantástico e no próximo artigo iremos para a era cambriana - para as últimas alucinações e as primeiras trilobites.

Derrube o planeta

As placas continentais da Austrália e da América, que ficavam na região dos polos, deram uma volta e se moveram em direção ao equador em cerca de 15 milhões de anos - um período insignificante em escala geológica. Foi um verdadeiro "cabra mortal" de todo o planeta.

O mistério do "Big Bang biológico" - o aparecimento repentino e simultâneo de todos os tipos biológicos modernos no Cambriano - continua a intrigar muitos pesquisadores. Duas das hipóteses mais recentes - "oxigênio" e "caverga da terra" - explicam esse salto na evolução por uma mudança brusca físico e químico condições em todo o planeta. Em contraste, os biólogos apresentam outras suposições que ligam a explosão cambriana a mudanças ecológicas ou genéticas dramáticas.

Entre as hipóteses propostas para explicar o enigma cambriano, a chamada hipótese do oxigênio era considerada a mais séria até recentemente. Baseia-se na suposição de que a Explosão Cambriana foi causada por uma mudança abrupta que a precedeu. composição química atmosfera terrestre e oceanos.

Fisico quimica condições afetam a taxa de evolução biológica - isso é conhecido há muito tempo. Muitos biólogos estão convencidos de que a mudança incomumente lenta das formas biológicas durante os primeiros três bilhões de anos de sua existência se deveu à falta de oxigênio livre.

Não havia oxigênio na atmosfera primária da Terra, porque imediatamente reagiu com outros elementos e permaneceu preso na espessura e atmosfera da Terra na forma de óxidos. Mas com o advento das primeiras algas unicelulares - cerca de meio bilhão - um bilhão de anos após a formação da Terra - iniciou-se o processo de fotossíntese, no qual o dióxido de carbono (absorvido pelas algas do ar) e a água, com auxílio de luz solar, transformada em oxigênio livre e substâncias orgânicas. No entanto, mesmo aqui o oxigênio foi “azarado” - foi avidamente capturado pelo ferro dissolvido na água do oceano. Os óxidos de ferro resultantes se estabeleceram lentamente no fundo do oceano, deixando o ciclo químico, o mundo, como disse um dos geoquímicos, estava constantemente enferrujando e não foi adicionado oxigênio livre a ele.

Na ausência de oxigênio livre, os organismos foram forçados a permanecer anaeróbicos. Isso significava que o processamento de produtos neles, metabolismo ou metabolismo ocorria sem a participação do oxigênio - de forma lenta e ineficiente. Isso, segundo os biólogos, dificultou a evolução dos primeiros organismos. A situação mudou um pouco apenas a partir do momento em que o ferro dissolvido nos oceanos ficou saturado de oxigênio e a concentração desse gás na atmosfera, graças à mesma fotossíntese, finalmente começou a aumentar gradualmente. Isso possibilitou o aparecimento dos primeiros organismos aeróbicos. Eles ainda eram unicelulares, mas seu metabolismo era muito mais eficiente e, portanto, se multiplicavam mais rapidamente e povoavam os oceanos com mais densidade. Assim se passaram os primeiros 3,5 bilhões de anos, ao final dos quais o teor de oxigênio na atmosfera atingiu, como se acredita, cerca de um por cento. Neste ponto, a evolução deu o próximo passo importante - os primeiros organismos multicelulares apareceram. E então, meio bilhão de anos depois, veio a explosão cambriana e imediatamente lançou as bases para toda a complexa diversidade da vida moderna.

Pode-se dizer que a história da evolução biológica foi - em certo sentido - a história do oxigênio. Então, o "salto de evolução" cambriano não foi o resultado de um aumento abrupto do oxigênio livre na atmosfera?

Foi essa suposição que foi feita em 1965 por dois físicos americanos, Berkner e Marshall. Eles raciocinaram da seguinte forma. Organismos multicelulares complexos precisam de uma grande quantidade de oxigênio e em duas de suas formas ao mesmo tempo - primeiro, na forma de oxigênio livre necessário para a respiração (ou seja, para o metabolismo) e construindo colágeno, este elemento mais importante da estrutura corporal, e em segundo lugar, na forma de uma camada de ozônio, necessária para a proteção contra a radiação ultravioleta solar prejudicial. Como esses organismos não apareceram até a era cambriana, isso significa que seu aparecimento foi atrasado pela falta da concentração de oxigênio necessária na atmosfera. Com base nisso, pode-se supor que foi na era cambriana que essas quantidades apareceram pela primeira vez. Este evento único - a travessia da "fronteira do oxigênio", o aumento abrupto dos níveis de oxigênio atmosférico para os atuais 21% - foi, de acordo com Berkner e Marshall, a principal causa da explosão cambriana.

A princípio, essa “hipótese do oxigênio” não teve confirmação suficiente. Mas literalmente nos últimos anos (1994 - 1996) a situação mudou drasticamente. A razão para isso foi a descoberta do pesquisador americano Knoll. Estudando a proporção de dois isótopos de carbono, C-12 e C-13, nas rochas dos tempos pré-cambriano e cambriano, Knoll recebeu evidências irrefutáveis ​​de que no início da era cambriana essa proporção mudou drasticamente - o isótopo C-12 "em uma vez" tornou-se menos do que antes. E tal “salto de carbono” deve necessariamente ser acompanhado por um “salto de oxigênio” correspondente, que corresponde exatamente à suposição de Berkner-Marshall.

Após o trabalho de Knoll, a presença de um "salto de oxigênio" no período cambriano é reconhecida pela maioria dos cientistas. Mas ainda não está claro: qual poderia ser o motivo do “não retorno” do C-12 ao meio ambiente, que levou a esse “salto de oxigênio”?

Outra hipótese foi proposta pelo geólogo americano Moore em 1993. Segundo Moore, o motivo do declínio do C-12 foram as mudanças tectônicas acentuadas, como o movimento dos continentes, que ocorreu na véspera da era cambriana. Tais mudanças, diz Moore, poderiam levar à fragmentação dos oceanos em corpos de água menores e além disso fechados - mares e lagos, e isso deveria ter reduzido a intensidade da circulação da água. Como resultado, os restos orgânicos das algas, juntamente com seu carbono, permaneceram no fundo do mar e não subiram à superfície, onde poderiam ser decompostos por bactérias. Assim, o carbono foi liberado da circulação, permitindo que o oxigênio sintetizado pelas algas se acumule rapidamente na atmosfera.

A "hipótese tectônica" de Moore também não teve, a princípio, confirmação real. Mas três anos depois, ela recebeu um desenvolvimento completamente inesperado, pode-se dizer - sensacional. Em meados do ano passado, a imprensa científica, e depois a imprensa de massa, de repente se encheu de manchetes como: “O salto mortal da Terra explica o mistério da explosão cambriana!” ou “salto mortal”, como também era chamado) não era algum tipo de exagero jornalístico. Como decorre dos textos, foi uma hipótese científica muito séria (embora radical) que explicasse o mistério cambriano precisamente por aquelas “mudanças tectônicas” sobre as quais acabamos de falar, apenas em uma escala muito maior - algo como uma mudança única de toda a crosta terrestre. Verdadeiramente um "desabafo"!

Seu trabalho permitiu construir uma imagem clara das mudanças geológicas que ocorreram na Terra no início da era cambriana - 550 - 500 milhões de anos atrás. Esta imagem acabou por ser bastante inesperada e verdadeiramente sensacional. É assim que, segundo Kirshvink, o então eventos geológicos.

Pouco antes do início da era cambriana, a divisão do supercontinente mais antigo, que consistia na maioria dos continentes modernos, terminou (os paleogeólogos deram a esse supercontinente o nome de Rodinia). Quase imediatamente depois disso, as massas continentais separadas começaram a se reagrupar, unindo-se em um novo supercontinente - Gondwana. Nas últimas etapas da formação do Gondwana, surgiu um acentuado desequilíbrio na distribuição das massas continentais em relação ao eixo da terra. O "topo" terreno perdeu a estabilidade. Um corpo em rotação é mais estável quando as massas que o formam estão concentradas no equador (o que lhe confere o momento máximo de inércia) ou distribuídas em relação a ele mais ou menos uniformemente, enquanto o Gondwana estava localizado muito próximo ao pólo.

Restaurar a estabilidade da Terra exigia uma rápida redistribuição das massas continentais. Portanto, toda a casca sólida do planeta começou a deslizar pelo manto como um todo, até se deslocar noventa graus em relação ao eixo de rotação. Como mostram os dados de Kirschvink, as placas continentais da Austrália e da América, que antes se encontravam na região dos pólos, fizeram essa guinada e se moveram em direção ao equador em cerca de quinze milhões de anos - um período de escalas geológicas desprezíveis (três décimos de milésimos idade geral Terra). Foi um verdadeiro "cabra mortal" de todo o planeta. O resultado foi que seu eixo de rotação, mantendo sua direção anterior no espaço, agora girava 90 graus em relação à casca sólida. A rotação do topo da Terra tornou-se novamente estável.

De acordo com os dados paleomagnéticos de Kirschvink coletados nas rochas da América e da Austrália, ambas as placas continentais (compreendendo quase dois terços de toda a crosta terrestre) fizeram seu movimento em relação ao eixo da Terra quase simultaneamente, entre 534 e 518 milhões de anos atrás. Tais eventos geológicos grandiosos são extremamente raros. De qualquer forma, nos últimos duzentos milhões de anos, desde o final da era Permiana, eles certamente não ocorreram uma única vez. Kirschvink, no entanto, não exclui que algo semelhante ao cataclismo geológico descrito por ele possa se repetir no intervalo entre as épocas cambriana e permiana.

Por mais incomum que seja a imagem de Kirschvink, ela é solidamente fundamentada pelos dados do autor e, além disso, recebeu imediatamente várias confirmações independentes, de modo que os geólogos como um todo expressaram sua prontidão em aceitá-la. Mas essa foto também interessou os biólogos. Como já mencionado logo no início, de acordo com os autores, foi esse “salto mortal” do planeta que poderia ser a principal causa da explosão biológica cambriana. “O rápido movimento dos continentes”, diz Ripperdan, um dos coautores de Kirshvink, “não poderia deixar de levar ao fechamento de alguns e à formação de outras bacias hidrográficas - essas eram as únicas áreas de vida naquela época, a um mudança nas correntes oceânicas da época, a mudanças climáticas abruptas e a outros fenômenos igualmente catastróficos. Todas essas catástrofes deveriam dar ímpeto ao surgimento de novas formas de vida, adaptadas às novas condições. Mas foi precisamente uma emergência tão rápida de novas formas que foi característica da "explosão cambriana".

Segundo o próprio Kirschvink, mudança rápida as áreas oceânicas, causadas pelo deslizamento dos continentes, deveriam ter levado a mudanças bastante frequentes e abruptas nas correntes oceânicas. “Cada mudança foi global”, diz ele. - Destruiu os ecossistemas regionais existentes em áreas menores. Nessas pequenas áreas, novas formas de vida eram mais propensas a sobreviver do que em grandes regiões. Nossos dados sugerem que essas mudanças atuais ocorreram quase a cada milhão de anos. Ao longo de um milhão de anos, a evolução conseguiu selecionar os melhores sobreviventes do último ciclo e criar novos sistemas regionais. Mas então esse processo começou novamente, e assim uma e meia a duas dúzias de vezes durante todo o cataclismo. Essas são as melhores condições para o surgimento de uma grande diversidade biológica, especialmente porque tudo isso aconteceu logo após o surgimento daqueles genes que controlam as principais etapas do desenvolvimento embrionário de organismos multicelulares.

Vamos dar uma olhada na última frase. À primeira vista - a visão de uma pessoa não iniciada - soa bastante misterioso: o que são esses "genes que controlam os principais estágios do desenvolvimento embrionário" e o que eles têm a ver com a explosão cambriana? Houve, no entanto, pessoas que ouviram nesta frase o tão esperado reconhecimento dessas ideias biológicas radicais que eles apresentaram nos últimos dois anos, na esperança de atrair a atenção do mundo científico para elas. E não apenas o reconhecimento, mas também uma alusão totalmente transparente à possibilidade de combinar essas ideias com as ideias geológicas igualmente radicais de “caverna planetária” no quadro da nova fisico e biologico teoria da explosão cambriana.

É à história dessas explicações biológicas do enigma cambriano que dedicamos a parte final de nosso ensaio.

A primeira das hipóteses "puramente biológicas" apresentadas para explicar a explosão cambriana foi a "hipótese do ceifador", formulada em 1973 pelo americano Stephen Stanley. Stanley partiu do "princípio do desbaste" bem conhecido em ecologia. Foi observado que a introdução de peixes predadores em uma lagoa artificial leva a um rápido aumento na diversidade de zooplâncton nesta lagoa. E vice-versa, basta retirar os ouriços-do-mar que se alimentam deles do acúmulo de várias algas, pois essa diversidade começa a diminuir. Em outras palavras, o "afinamento" do nicho ecológico "ceifador-predador" alimentar-se de seus habitantes é necessário para manter ou ampliar sua diversidade biológica.

À primeira vista, isso parece contra-intuitivo. Parece que tal “ceifador”, exterminando a população de um nicho, reduzirá o número de espécies que o habitam, e algumas, as menores, até mesmo o anularão. Mas, como vemos, a realidade refuta esse raciocínio intuitivo. E é por isso. Em qualquer nicho habitado pelos chamados produtores primários (isto é, organismos que obtêm seu alimento diretamente - da fotossíntese, e não comendo outros), uma ou mais espécies inevitavelmente se tornam "monopolistas" - capturam todo o espaço vivo e nutrientes de o nicho e não permitem que outras espécies se desenvolvam. O “ceifador” que apareceu nessas condições provavelmente se alimentará dessas espécies dominantes (mesmo porque são capazes de fornecer a maior quantidade de alimentos) e, portanto, reduzirá principalmente sua biomassa. Mas, graças a isso, ele limpará uma parte do espaço vital e, assim, abrirá espaço para novas espécies. E isso levará a um aumento na diversidade biológica de todo o nicho. O mesmo princípio, como pode ser visto nos exemplos acima, se aplica a outros sistemas ecológicos. Stanley, por outro lado, aplicou o "princípio do desbaste" para explicar o mistério da explosão cambriana.

É fácil ver que essa explosão se encaixa perfeitamente nesse esquema. Na era pré-cambriana, os oceanos da Terra eram quase exclusivamente habitados por bactérias unicelulares e algas de algumas poucas espécies. Por bilhões de anos ninguém os "afinou" e, portanto, eles não tiveram a oportunidade de evoluir rapidamente. Se algum "predador" herbívoro unicelular subitamente aparecesse em tal ambiente, isso necessariamente - de acordo com o "princípio do desbaste" - causaria o rápido surgimento de novas espécies. Isso, por sua vez, deveria ter levado ao surgimento de novos "ceifeiros", mais especializados, abrindo caminho para as próximas novas espécies, para que a diversidade de formas biológicas começasse a crescer como uma bola de neve - e essa é a situação de a explosão cambriana.

Assim, segundo Stanley, o "gatilho" da explosão cambriana foi o aparecimento acidental de um certo "predador" no ambiente dos organismos unicelulares mais simples da era pré-cambriana. E o fato de essa explosão ter o caráter de um salto brusco não apresenta nenhum mistério especial. Exatamente o mesmo caráter tem o desenvolvimento de muitos sistemas biológicos na presença de um espaço de vida suficientemente livre e uma quantidade suficiente de comida. Se, por exemplo, uma pequena colônia de bactérias for plantada em um meio nutriente em uma placa de Petri de laboratório, ela se multiplicará de acordo com a mesma lei de “avalanche”, e essa reprodução espasmódica só será interrompida quando todo o espaço disponível for preenchido e os nutrientes forem Exausta. Os oceanos cambrianos eram uma “placa de Petri” tão natural para novas espécies biológicas. Quando eles encheram esses oceanos, as condições para o salto desapareceram e nunca mais aconteceram, o que explica, segundo Stanley, a singularidade da explosão cambriana.

Uma explicação biológica completamente diferente para a explosão cambriana foi proposta em 1994-1997. biólogos americanos Valentin, Erwin e Yablonsky. Na opinião deles, essa explosão ocorreu devido ao fato de alguns organismos primitivos pré-cambrianos, como resultado de mudanças genéticas aleatórias, terem a capacidade de expandir drasticamente o leque de estruturas corporais possíveis. De fato, uma das características mais importantes do salto evolutivo cambriano foi o súbito aparecimento de muitas formas biológicas com características corporais completamente novas. Alguns destes novos organismos desenvolveram cabeças e caudas distintas, outros têm segmentos e abdómen distintos, outros ainda têm membros, alguns usam conchas, alguns são antenas ou brânquias - e assim por diante. No total, os pesquisadores contam até 37 novos planos corporais que surgiram - e, além disso, quase simultaneamente - naquela era de atividade evolutiva violenta. E todos os princípios básicos da arquitetura corporal dos organismos modernos se originaram precisamente então.

Em que aqui, no entanto, genes? A ideia da conexão desse "salto arquitetônico" com os genes dos autores da nova hipótese foi motivada pelas últimas conquistas da chamada biologia do desenvolvimento. Já se sabia anteriormente que, no decorrer do desenvolvimento embrionário de qualquer organismo multicelular, suas células sofrem especialização - de algumas, por exemplo, são obtidas pernas, de outras, digamos, músculos, brânquias ou olhos. Também se sabia que os comandos para a especialização celular são dados por certos genes. Mas nos últimos anos foi estabelecido que para que o desenvolvimento prossiga de acordo com um determinado plano - por exemplo, um olho não cresce onde uma perna deveria estar - é necessário que esses genes sejam "ligados" em certa sequência, um após o outro, na hora certa, e genes especiais, chamados reguladores, controlam essa inclusão sistemática. As mais estudadas de suas variedades são os genes do „ mentira“. Eles foram descobertos pela primeira vez enquanto estudavam Drosophila.

Constatou-se que os genes deste grupo regulam o processo de colocação dos mais básicos e mais princípios gerais estrutura corporal do corpo. Oito genes desse grupo, presentes em Drosophila, estão localizados em um dos cromossomos um após o outro, sequencialmente. Funcionam da mesma forma sequencial: o primeiro gene dá o comando para construir a cabeça, o segundo ordena a construção do próximo segmento do corpo ao longo de seu eixo, e assim sucessivamente, até a cauda. Quando os pesquisadores alteraram artificialmente a sequência desses genes, obtiveram moscas que, por exemplo, tinham pernas saindo de suas cabeças.

Genes de grupo mentira também estudado em sapos. Este estudo mostrou que, embora as rãs e as rãs-frutíferas estejam localizadas em dois ramos diferentes da árvore evolutiva (esses ramos diferem na forma como a boca é formada no embrião), seis de seus genes mentira surpreendentemente semelhantes. Por exemplo, um deles em Drosophila difere de seu análogo no sapo apenas por um “sinal”: em Drosophila regula a aparência do abdômen e no sapo regula as costas. Se você transplantá-lo de Drosophila para um sapo, o curso do desenvolvimento não será perturbado, apenas as costas e o abdômen do sapo mudarão de lugar. Aparentemente, essa diferença surgiu como resultado de mutação. Ao contar quantas dessas diferenças mutacionais se acumularam em genes semelhantes mentira durante a existência separada de moscas e sapos, e sabendo o número médio de mutações que ocorrem a cada cem anos, os pesquisadores determinaram há quanto tempo o ancestral comum de sapos e moscas da fruta viveu. Este tempo acabou sendo alarmantemente próximo ao momento da explosão cambriana - cerca de 565 milhões de anos.

Como já dissemos, a Drosophila tem apenas oito mentira genes, em mamíferos, por exemplo, existem até 38 deles, mas descobriu-se que todos esses 38 genes são apenas duplicatas ligeiramente modificadas dos oito primários. Quanto a esses oito genes primários, eles se mostraram muito semelhantes em todos os aspectos. tipos modernos organismos que variam de mamíferos a insetos. Assim como no caso da rã e da Drosophila, essa semelhança possibilitou calcular exatamente quando esses oito mentira genes que determinaram (e ainda determinam) os princípios mais gerais da estrutura corporal de todos os organismos modernos (diferenças específicas nessa estrutura e na forma de seus corpos - digamos, entre Marilyn Monroe e mosca-Drosophila- são gerados pela diferença nos genes reguladores de outros grupos que apareceram mais tarde, no curso da evolução posterior).

Esses cálculos levaram aos mesmos resultados da comparação desses genes em rãs e moscas da fruta. Descobriu-se que os genes primários do grupo mentira, semelhantes em todos os organismos modernos, remontam aos ancestrais comuns desses organismos, que surgiram há cerca de 565 milhões de anos, ou seja, na era imediatamente anterior à explosão evolutiva cambriana. Como já sabemos, os planos corporais que sobreviveram até hoje na forma dos princípios mais gerais da arquitetura corporal dos organismos modernos surgiram na era cambriana. E agora vemos que os genes reguladores responsáveis ​​por tal planos gerais, apareceu pouco antes. É bastante natural supor que é o aparecimento do primeiro grupo completo de genes mentira(consistindo em oito genes primários) agiu como um gatilho para aquela explosão única de formas que chamamos de explosão cambriana.

A princípio, Valentin e seus coautores argumentaram que a história se desenvolveu da seguinte forma: por enquanto, existiam apenas os organismos mais simples, nos quais todo o grupo mentira Exausta primeira e única genoma, na era pré-cambriana surgiram os primeiros organismos multicelulares, em que o número desses genes aumentou gradualmente para cinco ou seis (nos platelmintos), e na era cambriana esse número aumentou abruptamente para oito, e isso foi suficiente para o surgimento de uma variedade impressionante de formas.

Uma versão posterior de sua teoria parece muito mais complicada. Agora eles acreditam que o aparecimento de todo o conjunto necessário de genes reguladores ocorreu já na era pré-cambriana, há 565 milhões de anos. Mas apesar de toda a fundamentalidade biológica desse evento, foi, no entanto, apenas uma condição necessária, mas não suficiente para a explosão cambriana. É bem possível que mesmo com um desses genes, seu primeiro dono, algum verme chato, não tivesse um olho, mas apenas uma "potência ocular" - uma espécie de ponto sensível à luz na cabeça.

Organismos não são brinquedos mecânicos que precisam apenas ser empurrados para obter uma resposta automática, mas foi necessária uma combinação complexa de diferentes condições para que a possibilidade se tornasse realidade e para que ocorresse um salto na evolução, semelhante à explosão cambriana.

Em outras palavras, algo adicional deve ter acontecido na era cambriana, que desempenhou o papel de um “gatilho” para colocar esses genes em ação, ou seja, para criar uma variedade de formas e tipos diferentes, tão característico da época . Valentin e seus colegas não especificam o que poderia ser um “gatilho adicional”. Eles apenas escrevem que "as suposições variam de um aumento acentuado no oxigênio atmosférico acima de um certo nível crítico a uma "corrida armamentista" ecológica na qual a interação evolutiva de predadores e presas poderia dar origem a uma série de novas espécies diferentes".

Nessas palavras é fácil reconhecer alusões à "hipótese do oxigênio" de Berkner-Marshall e à "hipótese do predador-ceifador" de Stanley. Por outro lado, Kirschvink, o criador da “hipótese do salto mortal da Terra”, acredita que sua explicação da explosão cambriana pelo deslizamento simultâneo de todos continentes terrestres também pode ser combinada com a teoria do "salto de genes reguladores" proposta por Valentin, Yablonsky e Erwin. Portanto, resumindo, podemos dizer que as teorias mais recentes da explosão cambriana tendem a combinar várias hipóteses diferentes e, assim, explicar esse fenômeno único e fenômeno misterioso não por uma única causa, mas pela interação de várias vários fatores, Como as física e química, assim como biológico.

Sobre isso poderíamos traçar uma linha sob a história dos mistérios da explosão cambriana e tentar explicá-los. Mas em nossa lista desses mistérios há mais um problema não resolvido.

Como já dissemos, o salto evolutivo cambriano apresenta uma dificuldade fundamental para a teoria "ortodoxa" de Darwin, na qual a evolução é considerada necessariamente "suave" e "contínua". Para contornar essa dificuldade, alguns biólogos negam completamente a realidade da explosão cambriana, enquanto outros propõem mudanças bastante radicais ao "darwinismo ortodoxo". Nos últimos anos, cada lado apresentou novos argumentos a seu favor, e isso agravou fortemente a disputa sobre os fundamentos do darwinismo. Essa controvérsia certamente merece uma história separada.

"Conhecimento é difamação"

Nas rochas sedimentares do Cambriano (primeiro período da era Paleozóica), a partir dos horizontes mais baixos, surge de repente uma enorme variedade e abundância de restos fósseis. No final do Cambriano, quase todos os tipos conhecidos de animais multicelulares aparecem. Essa explosão de morfogênese na fronteira do Proterozóico e Paleozóico é um dos eventos mais misteriosos da história da vida na Terra. Devido a isso, o início do período cambriano é um marco tão significativo que muitas vezes todo o tempo anterior em história geológica, ou seja, todo o criptozóico, é chamado de "Pré-Cambriano".

Embora muitos tipos de Metazoa já tenham se desenvolvido no Proterozóico tardio, são raros os enterros de representantes desses grupos em depósitos do Proterozóico tardio, o que é explicado pela ausência de um esqueleto duro na maioria dos animais pré-cambrianos. No início do Cambriano, tal esqueleto apareceu nos mais grupos diferentes animais. Ao mesmo tempo, os tecidos esqueléticos e a anatomia esquelética eram completamente diferentes em diferentes grupos: de conchas quitinosas articuladas flexíveis de artrópodes a conchas calcárias monolíticas de moluscos e braquiópodes.

Uma notável fauna fóssil, incluindo uma variedade de animais, ambos dotados de esqueleto e "corpo mole", foi descoberta no início dos anos 1980. no Folhelho Burgess do Cambriano Médio em Columbia Britânica No Canadá. Esta fauna inclui cerca de 120 gêneros, incluindo representantes de esponjas, celenterados, anelídeos-poliquetas, moluscos, artrópodes, equinodermos, hemi-cordotas, cordados, braquiópodes e outros grupos, incluindo organismos misteriosos de filiação taxonômica desconhecida. Entre eles, destacam-se os grandes predadores Anomalocans, que chegam a 2 m de comprimento e possuem uma aparência estranha: corpo alongado e aerodinâmico, grandes olhos pedunculados, um par de apêndices periorais articulados, que provavelmente serviam para capturar presas; aparelho maxilar de muitas placas móveis, barbatana ventral, dividida em vários lobos sucessivos.

Muitos dos eventos mais importantes no curso da evolução pré-cambriana e pós-cambriana são explicados pela hipótese apresentada na década de 60. L. Berkner e L. Marshall, que se baseia em mudanças regulares nas condições do habitat de organismos antigos. Esta hipótese liga o desenvolvimento da vida na Terra com mudanças no conteúdo de oxigênio na atmosfera da Terra.

NO atmosfera moderna A terra contém cerca de 21% de oxigênio.

No entanto, a atmosfera de oxigênio, tão rica nesse elemento, entre todos os planetas do sistema solar, é exclusiva da Terra. Isso não é acidental: a alta atividade química do oxigênio leva ao fato de que, em condições planetárias, o oxigênio em estado livre não pode existir por muito tempo: participando de várias reações químicas, ele se liga na forma de óxidos e outros compostos. A abundância de oxigênio na atmosfera terra moderna- o resultado da fotossíntese realizada há 3 bilhões de anos pelas plantas verdes. Nos processos de fotossíntese a partir de dióxido de carbono e água, usando a energia da luz solar, são sintetizadas substâncias orgânicas (bioprodução primária) e liberado oxigênio livre.

Na atmosfera primária da Terra, a quantidade de oxigênio livre não poderia exceder 0,001 de seu conteúdo atual. Essa pequena quantidade foi liberada como resultado da fotodissociação da água pelos raios ultravioleta; o oxigênio rapidamente entrou em várias reações químicas e novamente se encontrou em um estado quimicamente ligado.

Para liberar a energia necessária nos processos vitais, a dissimilação anaeróbica (fermentação) foi originalmente usada:

C6H12O6 → 2CH3CH2CH + 2CO2 + 210 kJ/mol

Em uma atmosfera livre de oxigênio, a propagação da vida era muito mais limitada do que é hoje. Na atmosfera moderna, a radiação ultravioleta dura é absorvida pela tela de ozônio - uma camada de ozônio (O3), que é formada a uma altitude de cerca de 50 km do oxigênio (O2) sob a influência da radiação solar e é distribuída principalmente 15- 60 km de superfície da Terra. Na atmosfera livre de oxigênio do início do Proterozóico, não havia tela de ozônio e a vida só podia se desenvolver sob uma camada de água de cerca de 10 m de espessura. As camadas superficiais de água, que recebiam a maior quantidade de energia da radiação solar, eram inacessíveis aos organismos. Naturalmente, os continentes também estavam completamente sem vida.

Com o advento da fotossíntese, o oxigênio começou a ser liberado na atmosfera.

C6H12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + 2880 kJ/mol

– em comparação com 210 kJ/mol liberados durante a fermentação. Foi um grande ponto de virada no desenvolvimento da vida.

Entre os organismos modernos, os chamados aeróbios facultativos, que são muitas bactérias e alguns fungos de levedura, quando o teor de oxigênio diminui abaixo do ponto de Pasteur, utiliza-se a fermentação, quando seu teor se eleva acima desse ponto, a respiração (efeito Pasteur).

A transição para a dissimilação aeróbica na evolução de organismos antigos, é claro, não ocorreu imediatamente - isso requer o desenvolvimento de sistemas enzimáticos apropriados -, mas as espécies que adquiriram a capacidade de respirar receberam um enorme ganho de energia e, como resultado, a oportunidade de intensificar acentuadamente o metabolismo e todos os processos da vida (como se viu o sistema enzimático respiração celular surgiu por uma ligeira modificação do sistema enzimático da fotossíntese, pois esses dois processos se baseiam quase na mesma sequência de reações químicas, apenas indo em direções opostas; Deve-se levar em conta que praticamente todos os reações bioquímicas reversível. Este foi um pré-requisito para uma evolução progressiva e provavelmente contribuiu para a aceleração das transformações evolutivas.

Acredita-se que o acúmulo de oxigênio tenha ocorrido de forma explosiva, por cerca de 20 mil anos.

Mas a conquista do ponto de Pasteur no desenvolvimento da atmosfera terrestre foi marcada não apenas pelo aparecimento da possibilidade de dissimilação aeróbica. Quando o teor de oxigênio na atmosfera é 0,01 do atual, forma-se uma tela de ozônio, que já pode proteger as camadas superiores de água em reservatórios da forte radiação ultravioleta (apenas cerca de 1 m de água é necessário para "ajudar"). Isso, em primeiro lugar, permite que os organismos dominem as camadas superiores dos corpos d'água, as mais ricas energia solar; como resultado, a eficiência da fotossíntese aumenta acentuadamente, a bioprodução e a liberação de oxigênio livre aumentam. Em segundo lugar, a arena da vida está se expandindo extremamente: as condições nos corpos d'água são muito mais diversas em profundidades rasas do que em grandes profundidades. O desenvolvimento dessa variedade de condições em um ambiente rico em energia levaria inevitavelmente a um aumento acentuado da diversidade de formas de vida, a uma verdadeira explosão de morfogênese.

De acordo com os cálculos de Berkner e Marshall, o ponto de Pasteur na evolução da atmosfera da Terra foi ultrapassado há aproximadamente 620 milhões de anos; de acordo com alguns outros cientistas, talvez muito antes - no intervalo de 700-1000 milhões de anos atrás. Mas, em qualquer caso, o Ponto Pasteur foi passado no Proterozóico tardio, pouco (no sentido geológico da palavra) antes da fronteira do Cambriano Inferior. Berkner e Marshall vêem nisso a chave para resolver o mistério da explosão da morfogênese do Cambriano Inferior na evolução dos organismos, que se seguiu à conquista do ponto de Pasteur na atmosfera e decorre logicamente das consequências desse evento (intensificação do metabolismo, desenvolvimento de muitos novos habitats diversos, aumento da fotossíntese, aumento da bioprodução, evolução acelerada).

Depois de atingir o teor de oxigênio na atmosfera, igual a 0,1 do moderno (segundo ponto Pasteur), a tela de ozônio já é capaz de proteger completamente os organismos da ação da radiação ultravioleta forte. A partir deste ponto, os organismos podem começar a desenvolver a terra como habitat. De acordo com os cálculos de Berkner e Marshall, isso deveria ter acontecido no final do Ordoviciano (cerca de 420 milhões de anos atrás). De fato, o aparecimento dos primeiros organismos terrestres remonta a essa época. (Segundo vários outros cientistas, o teor de oxigênio na atmosfera correspondente a 10% do moderno já foi alcançado no início do Cambriano, cerca de 580 milhões de anos atrás).

O conteúdo atual de oxigênio na atmosfera foi alcançado no final do período Permiano.

A hipótese de Berkner e Marshall é atraente não apenas por sua lógica e consistência, mas também pela perspectiva de maior desenvolvimento dessas ideias. Como já mencionamos, na virada do Cambriano Inferior, no próprio vários grupos organismos desenvolvem um esqueleto duro que facilita sua fossilização. A formação do esqueleto também pode ser consequência direta do aumento do teor de oxigênio na atmosfera. Como mostrado por R. e E. Raffa, com baixo teor de oxigênio em meio Ambiente o tamanho do corpo de animais multicelulares não poderia ser grande (devido ao baixo nível de metabolismo e energia dos organismos); as trocas gasosas com o meio externo, provavelmente, foram realizadas de forma difusa, pela superfície do corpo; enquanto a espessura das paredes do corpo não poderia exceder alguns milímetros. Para tais organismos, não havia necessidade de um esqueleto interno de suporte, e as formações esqueléticas externas protetoras impediriam as trocas gasosas. K.Tove chegou à conclusão de que sob condições de baixo teor de oxigênio no ambiente, os animais pré-cambrianos também não poderiam ter formações de tecido conjuntivo bem desenvolvidas que formam a base para o desenvolvimento do esqueleto. A força das estruturas do tecido conjuntivo é baseada no conteúdo de proteína de colágeno nelas, que inclui o aminoácido hidroxiprolina. Sua formação só é possível com um teor de oxigênio suficientemente alto no ambiente. Consequentemente, com um baixo teor de oxigênio, a síntese de colágeno foi bioquimicamente prejudicada e os organismos não poderiam ter estruturas de tecido conjuntivo fortes e, portanto, um esqueleto e um sistema muscular altamente desenvolvido (que é eficaz apenas na presença de estruturas de suporte apropriadas).

D. Rhodes e J. Morse estudaram a distribuição de vários animais em reservatórios modernos com baixo teor de oxigênio na água (no Golfo da Califórnia e no Mar Negro). Uma clara correlação foi encontrada entre o teor de oxigênio na água e a natureza da fauna bentônica (bentos). Quando o teor de oxigênio é inferior a 0,1 ml por 1 litro de água, não há animais multicelulares no bentos; a 0,3-1 ml/l existem pequenos animais de corpo mole (esqueléticos) que se enterram no lodo; finalmente, nas camadas mais superficiais com teor de oxigênio superior a 1 ml / l, vive uma grande variedade de animais com esqueleto calcário. Esses dados fornecem uma espécie de ilustração viva do conceito de Berkner e Marshall.

Vamos resumir alguns resultados. A separação da maioria dos tipos de animais provavelmente ocorreu no final do Proterozóico, 550-800 milhões de anos atrás. Os representantes primitivos de todos os grupos de metazoários eram pequenos animais esqueléticos. O acúmulo contínuo de oxigênio na atmosfera e o aumento do poder da tela de ozônio no final do Proterozóico permitiram que os animais aumentassem seu tamanho corporal. Os organismos tiveram a oportunidade de se espalhar amplamente em profundidades rasas de vários corpos d'água, o que contribuiu para um aumento significativo na diversidade de formas animais (fauna vendiana).

No entanto, no final da Vendiana, essa antiga fauna de metazoários sofreu uma extinção significativa, que foi acompanhada por uma nova diminuição significativa no tamanho do corpo dos organismos que sobreviveram à extinção. Talvez isso tenha sido facilitado por uma glaciação extremamente poderosa (de acordo com alguns relatórios, a temperatura média anual da Terra caiu neste momento para cerca de 5 ° C). No final do Vendian, as geleiras recuaram e as condições tornaram-se novamente favoráveis ​​para a dispersão generalizada de organismos.

Uma explosão de evolução formativa no início do Cambriano durante um período de cerca de 15 milhões de anos levou ao aparecimento no registro fóssil de representantes de quase todos os tipos conhecidos de organismos. Durante a era paleozóica, que durou mais de 300 milhões de anos, ocorreram mudanças significativas nas condições físicas e geográficas: topografia do solo e do fundo do mar, proporção geral da área dos continentes e oceanos, posição dos continentes, clima e muitos outros. outros fatores. Essas mudanças inevitavelmente tiveram que afetar o desenvolvimento da vida.

No mesmo livro “A Origem das Espécies”, Charles Darwin escreveu: “Se numerosas espécies pertencentes à mesma classe começassem a existir simultaneamente, então isso será um golpe mortal para a teoria que prevê a evolução de um ancestral comum por seleção natural.

Os cientistas modernos, tendo estudado em detalhes os restos fósseis, estão convencidos de que os seres vivos apareceram na Terra de repente. Na chamada camada cambriana foram encontrados restos de trilobitas, esponjas, vermes, estrelas-do-mar, caracóis, crustáceos flutuantes, cefalópodes, artrópodes, etc., unicelulares e bactérias também foram encontrados aqui e um pouco mais abaixo. A presença de qualquer organismo multicelular anterior ao Cambriano é ponto de discórdia. Assim, é evidente que muitas espécies, distintas umas das outras, e já tendo organismos perfeitos, existiram ao mesmo tempo e não têm ancestrais dos quais possam descender. Em geologia, esse fenômeno é chamado de Explosão Cambriana.

Arroz. Habitantes do período Cambriano

A propósito, também é difícil para os evolucionistas responder inequivocamente à pergunta por que na natureza moderna, bem como na natureza do período cambriano (que supostamente foi há mais de 500 milhões de anos), existem esponjas, vermes, estrelas do mar, caracóis, crustáceos flutuantes, etc.? Por que eles não evoluíram para formas superiores durante um período tão longo? Se a evolução é um movimento ascendente positivo e inevitável de todas as coisas vivas, então por que não atingiu todos os seres? Seria mais lógico se atualmente apenas uma coroa da evolução permanecesse no planeta - o homem!

Por que amebas, insetos, peixes, anfíbios, répteis, mamíferos, macacos e humanos ainda vivem na Terra ao mesmo tempo? Talvez pela mesma razão que o peixe celacanto ainda existe: viveu há muito tempo, continua a viver hoje. Mesmo que você tente acreditar na evolução, terá que responder à pergunta: a evolução parou hoje ou não? No entanto, responder a esta pergunta levanta outras questões que permanecem sem resposta.

Se presumirmos que todas as criaturas vivas, das mais simples às mais complexas, ainda estão em processo de evolução, logo teremos que explicar por que não existem formas transicionais vivas entre elas. Se imaginarmos que a evolução terminou e as criaturas que atingiram a perfeição pararam seu desenvolvimento há muito tempo, e o resto foi exterminado pela seleção natural, então fato inexplicável por que não existem elos intermediários mortos suficientes na evolução. Mas os restos de formas transicionais deveriam estar na casa dos trilhões e até sextilhões, sendo acumulados nas entranhas da terra supostamente por milhões de anos.

Sobre os últimos dados conhecidos sobre esse período distante, em seu livro The Birth of Complexity. Biologia evolutiva hoje: descobertas inesperadas e novas questões”, escreveu Alexander Markov, um conhecido biólogo e divulgador da ciência. De fato, muito pouco se sabe hoje da ciência sobre o período cambriano, porque os eventos sobre os quais falaremos ocorreram há 542 milhões de anos. Sobre os tempos anteriores (Arqueano e Éons Proterozóicos) ciência - até recentemente, quase nada era conhecido. Isso é compreensível, porque os estratos pré-cambrianos realmente parecem estar praticamente mortos, vestígios de qualquer vida quase não foram adivinhados neles. Mas a explosão cambriana é caracterizada apenas por surgimento repentino as mais diversas formas de vida que surgiram como que do nada. Darwin certa vez chamou esse período de um fato que não se encaixa em sua teoria da mudança evolutiva gradual.

Darwin não sabia então que durante a explosão cambriana, muitas formas de organismos vivos simplesmente começaram abruptamente a adquirir um esqueleto mineralizado sólido. No entanto, ainda havia vida no Pré-Cambriano (criptozóico), razão pela qual é chamado de período da “vida oculta”. A ciência hoje sabe que muitos dos grupos de animais encontrados nos estratos cambrianos viveram no Criptozóico. É só que, na maioria das vezes, eram criaturas de corpo mole que não tinham casca ou esqueleto duros. Mas o mistério da explosão cambriana ainda permanece, é só que agora a conversa não é sobre o que formas complexas a vida apareceu do nada, mas sobre por que tantos deles de repente adquiriram um esqueleto mineral. “Isso pode ser devido a mudanças nas condições ambientais. Por exemplo, uma diminuição acentuada na acidez da água poderia levar a esse efeito, como resultado do qual o carbonato de cálcio, o material formador de esqueleto mais comum em animais, tornou-se menos solúvel na água do mar e precipitou mais facilmente ”, escreve Alexander Markov. Mas há muitas outras hipóteses.

Markov fala sobre um estudo relativamente recente que se relaciona tanto com os eventos que ocorreram durante a Explosão Cambriana quanto com genômica comparativa, e para a evolução inicial dos animais.

Para que os animais tenham esqueletos carbonáticos, não basta apenas que o ambiente se torne favorável. Também é necessário ter genes e enzimas especiais com a ajuda dos quais os organismos vivos seriam capazes de controlar o processo de formação e crescimento de cristais de carbonato de cálcio em certas partes do corpo e em quantidade requerida. As enzimas anidrase carbônica desempenham um papel muito importante na formação de tais esqueletos; elas aceleram a reação de conversão de dióxido de carbono dissolvido em água em bicarbonato em cerca de um milhão de vezes. As anidrases carbônicas são geralmente muito comuns no reino animal. Além do fato de contribuírem para a formação do esqueleto, desempenham muitas outras funções. Até recentemente, não se sabia exatamente quando e em que sequência os organismos vivos adquiriram anidrases carbônicas. No entanto, não muito tempo atrás, especialistas australianos e alemães estudaram enzimas esqueléticas em uma esponja arcaica primitiva, um fóssil vivo que vive em nosso planeta há mais de 200 milhões de anos - Astrosclera willeyana. Com base neste estudo, os cientistas foram capazes de determinar que todas as numerosas e diversas anidrases carbônicas animais vêm de uma única proteína que teve o último ancestral comum de todos os animais.

“O 'último ancestral comum de todos os animais', sem dúvida, viveu muito antes da revolução esquelética cambriana. Acontece que os animais foram inicialmente bem preparados (pré-adaptados) para o desenvolvimento do esqueleto mineral - desde o início eles tinham enzimas que poderiam acelerar drasticamente a formação de carbonato de cálcio ”, escreve Markov. Provavelmente, essas enzimas foram usadas por animais pré-cambrianos de corpo mole não para a formação do esqueleto, mas para outros fins (o fato de as anidrases carbônicas desempenharem outras funções no corpo foi mencionado acima). Quando o ambiente começou a favorecer a biomineralização, diferentes animais se beneficiaram independentemente disso, formando seus esqueletos e conchas com a ajuda dessas enzimas.

Yastrebov S.A.

("HiZh", 2016, nº 10)

Prelúdio Vendiano

A era Snowball Earth terminou há 635 milhões de anos. O último período do Proterozóico começou - o Ediacarano (635-542 milhões de anos atrás). Agora será mais conveniente para nós acompanhar o tempo não em bilhões de anos, mas em milhões - isso mostra claramente como os eventos estão se acelerando. Embora, talvez, o ponto seja simplesmente que eles estão mais próximos de nós e mais vestígios deles foram preservados. Anteriormente, os ediacaranos eram chamados de Vend, em homenagem às antigas tribos eslavas - os Veneds (o nome da cidade de Veneza também veio deles). Infelizmente, agora este belo nome foi preservado apenas como um sinônimo não estrito.

O principal evento do Ediacarano (é preciso acrescentar: do nosso ponto de vista antropocêntrico) deve ser chamado de aparecimento dos animais multicelulares. Não é fácil datar este evento. No registro paleontológico do Ediacarano há evidências suficientes da transição para a multicelularidade do tipo animal - porém, quanto mais precoces, mais controversas ("Nature", 2014, 516, 7530, 238-241, ver também o artigo por Alexander Markov, http://elementy.ru/novosti_nauki/431720). Na segunda metade do Ediacarano, vendedores-biontes aparecem em abundância - grandes, com até um metro de comprimento. criaturas misteriosas com um corpo plano em forma de disco ou em forma de folha, consistindo em muitos "segmentos" repetidos do mesmo tipo. "Segmentos" estão entre aspas aqui porque a segmentação de venodobiontes quase certamente não tem nada a ver com a segmentação de metazoários verdadeiros. O termo "vendobiontes" foi cunhado pelo paleontólogo alemão Adolf Zeilacher, que considerou essas criaturas uma forma muito especial de vida - células gigantes multinucleadas ("Planetary Systems and the Origins of Life", Cambridge University Press, 2007, 193-209 ). De fato, há motivos para acreditar que os vendedores-biontes estavam, em muitos aspectos, mais próximos não de animais multicelulares, mas de amebas ou fungos (a propósito, grandes células multinucleadas não são incomuns em ambos). Eles tentaram sair tamanho grande, que a princípio levou ao sucesso, mas terminou em fracasso: no final do Ediacaran, os Vendobionts foram extintos.

Por outro lado, deve-se levar em conta que os venodobiontes eram muito diversos. Não é um fato que eles podem ser considerados pelo menos em alguma aproximação como um único grupo. É mais de um nível evolutivo. E apesar do fato de que a maioria dos venodobiontes não deixou descendentes, os animais modernos podem ter descendido diretamente de alguns deles - por exemplo, lamelar e ctenóforos ("Evolution and Development", 2011, 13, 5, 408-414). Não há nada de incrível nas raízes ediacaranas desses ramos evolutivos.

O mais antigo animal multicelular fóssil indiscutível é chamado Kimberella quadrata. Esta é uma criatura bilateralmente simétrica de até 15 centímetros de comprimento, rastejando ao longo do fundo do mar. A natureza das mudanças na forma do corpo dos kimberells encontrados (e muitos deles foram encontrados, em partes diferentes luz) junto com as pegadas não deixa dúvidas de que eles estavam ativamente rastejando, esticando, contraindo e dobrando com a ajuda dos músculos. As características características da Kimberella são um corpo alongado, mas compacto, com uma perna (superfície muscular inferior) e um manto (uma dobra que margeia o tronco). De acordo com essas características, é muito semelhante não a qualquer um, mas a moluscos (Paleontological Journal, 2009, 43, 601, doi: 10.1134/S003103010906001X). Acredita-se que Kimberella tivesse até uma rádula, uma “língua” característica de moluscos com dentes quitinosos, adaptada para raspar algas (PALAIOS, 2010, 25, 565-575, doi: 10.2110/palo.2009.p09-079r). De uma forma ou de outra, este é, em todos os aspectos, um verdadeiro animal multicelular.

Kimberella viveu 555 milhões de anos atrás ("Science", 2000, 288, 5467, 841-845). E na mesma época, aparecem pela primeira vez numerosas pegadas fósseis de animais aparentemente rastejando ativamente ao longo do fundo (“Philosophical Transactions of the Royal Society B”, 2008, 363, 1496, doi: 10.1098/rstb.2007.2232). Deve-se notar que "verdadeiros animais multicelulares" não é um termo muito estrito; aqui basta concordar que chamamos animais com músculos, boca e intestino. Os Vendobionts, até onde se pode julgar, não tinham nada disso. Eles comeram em melhor caso algas microscópicas, mas provavelmente apenas substâncias dissolvidas na água do mar (“Trends in Ecology & Evolution”, 2009, 24, 1, 31-40). Somente no final do Ediacarano surgiram criaturas multicelulares capazes de procurar ativamente por presas e capturá-las em grandes pedaços para digeri-las por dentro. Vendobionts estavam indefesos diante de tais monstros - não é de surpreender que sua "idade de ouro" tenha terminado aí. Uma era completamente diferente começou na história das comunidades bentônicas.

"Big Bang da Vida"

O fim do período ediacarano é ao mesmo tempo o limite de duas eras - o Proterozóico e o Fanerozóico; e aqui precisamos de uma pequena explicação. "Fanerozóico" significa literalmente " vida pura". Esta é a época à qual pertence a grande maioria dos fósseis estudados pelos paleontólogos. Todos os tempos anteriores, incluindo o Proterozóico, o Arqueano e o Catarco, são coletivamente chamados de Criptozóico - "vida oculta". O Fanerozóico, por sua vez, é dividido em três eras, cujos nomes provavelmente são familiares para a maioria de nós: Paleozóico, Mesozóico e Cenozóico. "Paleozóico" significa "vida antiga", "Mesozóico" - " vida média”, “Cenozóico” - “nova vida”. Cada uma dessas eras é dividida em períodos. O período a partir do qual o Paleozóico (e, portanto, todo o Fanerozóico) começa é chamado de Cambriano. Como muitos outros períodos geológicos, o Cambriano recebe o nome da geografia: Cambria é o nome romano do País de Gales, um país celta no oeste da Grã-Bretanha. Assim, um sinônimo muito comum para o Criptozóico é o Pré-Cambriano.

Para ver corretamente a perspectiva, lembremos o seguinte: todo o Fanerozóico é (arredondado) apenas cerca de 1/9 do tempo da existência da Terra e da história da vida nela. Os 8/9 restantes são pré-cambrianos. É outra questão que nos eventos Fanerozóicos estão muito concentrados.

Em 1845, o grande geólogo escocês Roderick Murchison propôs chamar todos os tempos antes do início do Cambriano de era Azoica, ou seja, literalmente, sem vida. Este nome não durou muito: já os paleontólogos do século XIX mostravam que havia vestígios de vida na espessura das rochas pré-cambrianas (“The Journal of Geology”, 1927, 35, 8, 734-742). E agora sabemos com certeza que a vida existiu na Terra durante a maior parte do Pré-Cambriano, e podemos datar muitos eventos-chave- por exemplo, a revolução do oxigênio ou o surgimento da multicelularidade.

A principal diferença entre a vida fanerozóica e pré-cambriana é a abundância colossal de animais multicelulares, a grande maioria dos quais já pertencem aos tipos modernos. Esponjas, ctenóforos, celenterados, todos os tipos de vermes, artrópodes, moluscos, braquiópodes, equinodermos, hemicordados e cordados aparecem no Cambriano. aparição repentina esses animais no registro fóssil são chamados de explosão cambriana. Nas camadas mais antigas, não há restos deles (pelo menos, eles são inequívoca e indiscutivelmente determinados). O Cambriano é a época do nascimento de uma fauna próxima da moderna. A explosão cambriana teve tal efeito e aconteceu tão rapidamente que é muitas vezes chamada de "Big Bang evolutivo" - por analogia com o Big Bang em que o Universo nasceu.

A Explosão Cambriana também é às vezes chamada de "revolução esquelética". De fato, muitos grupos de animais que apareceram naquele momento adquiriram esqueletos sólidos, e eram completamente diferentes e base diferente: por exemplo, não há literalmente nada em comum entre espículas de esponja, conchas de moluscos e conchas quitinosas de artrópodes. Tal simultaneidade não pode ser acidental. No entanto, a "explosão cambriana" e a "revolução esquelética" não são sinônimos. Primeiro, nem todos os animais cambrianos tinham esqueletos duros (por exemplo, os primeiros cordados não os tinham). Em segundo lugar, mesmo no pré-cambriano, às vezes são encontradas estruturas esqueléticas óbvias - por exemplo, não está claro quem pertencia a tubos residenciais ("Nature", 2006, 2, 37-40). Em geral, o conceito de "explosão cambriana" é muito mais definido, e não é surpreendente que autores contemporâneos fale mais sobre ele.

Houve uma explosão?

Mas a questão é: houve realmente uma explosão cambriana? Há uma opinião de que muitos grupos modernos de animais apareceram no pré-cambriano profundo, mas por muito tempo quase não deixaram restos fósseis e, portanto, eram paleontologicamente “invisíveis” (“Ciência”, 2011, 334, 6059, 1091-1097, doi: 10.1126/science.1206375). As razões para isso podem ser diferentes: tamanho pequeno animais, falta de esqueletos sólidos ou simplesmente inadequados para o enterro condições físicas. A hipótese da “evolução pré-cambriana há muito escondida” é bem apoiada pela sistemática molecular, ou seja, comparando as sequências de aminoácidos e nucleotídeos de proteínas e genes de diferentes animais (claro, modernos - nem proteínas nem DNA permaneceram desde o Cambriano ). Reconstruções feitas apenas com base em dados moleculares muitas vezes traçam as raízes dos tipos de animais modernos nem mesmo ao Ediacarano, mas ao período anterior, o criogênico (Systematic Biology, 2013, 62, 1, 93-109). Então acontece que a explosão cambriana não é tanto um evento evolutivo, mas um artefato de preservação. Na virada do Cambriano, os ramos evolutivos dos animais simplesmente se "manifestaram", tendo adquirido esqueletos sólidos e começaram a ser enterrados em estratos sedimentares; mas eles surgiram muito antes.

No entanto, quando os dados biológicos moleculares são objetivamente comparados passo a passo com dados paleontológicos, a hipótese de uma “evolução pré-cambriana longa e oculta” não resiste a um escrutínio cuidadoso (“Current Biology”, 2013, 23, 19, 1889-1895). E acontece que a explosão cambriana não é um artefato. A maioria dos principais ramos evolutivos dos animais realmente surgiu na vizinhança temporal imediata da fronteira cambriana (mais ou menos alguns milhões de anos). Existem também modelos matemáticos que confirmam que os "troncos" das árvores evolutivas dos tipos animais modernos imersos no Pré-Cambriano devem ser curtos ("Philosophical Transactions of the Royal Society B", 2016, 371, 1685, doi: 10.1098/rstb.2015.0287 ). O tempo de sua existência é uma questão de milhões de anos, talvez as primeiras dezenas de milhões, mas certamente não centenas. Em geral, no momento temos motivos suficientes para considerar a hipótese de uma “longa evolução pré-cambriana oculta” bastante incorreta, e a explosão cambriana uma realidade, pois isso, de fato, decorre diretamente de dados paleontológicos.

Para enfraquecer a categoria, acrescentamos: a conclusão que acabamos de fazer, é claro, tem a propriedade de falsificabilidade. Isso significa que é possível formular condições claras sob as quais ela será refutada. Por exemplo, para isso é suficiente encontrar pelo menos um escorpião identificável de forma confiável (ou centopéia ou caracol) de idade criogeniana. Mas até agora isso não aconteceu, e a probabilidade de que isso aconteça está diminuindo a cada ano.

Causas da explosão

Assim, no início do Cambriano, muitos novos grandes ramos evolutivos de animais surgiram com uma rapidez única. Isso nunca mais aconteceu, antes ou depois. Mesmo depois do catastrófico extinções em massa(que será discutido mais adiante) mundo animal foi restaurada devido ao aumento da diversidade de áreas já existentes grandes grupos e não pelo surgimento de novos. É por isso que a explosão cambriana requer necessariamente uma explicação.

É verdade que “rapidamente” não significa “instantaneamente”. Novos grupos de animais não aparecem de uma só vez com força total, como atores depois que a cortina sobe. A explosão cambriana foi, embora altamente comprimida no tempo, mas ainda gradual; Rapidez processos evolutivosé bastante mensurável, e existem tais estudos. O Cambriano durou aproximadamente 57 milhões de anos (542-485 milhões de anos atrás), enquanto no início (os primeiros seis milhões de anos) a fauna marinha ainda é bastante pobre. Novos grupos de animais aparecem lá muito rapidamente pelos padrões da história da Terra, mas não instantaneamente.

O que foi isto tudo? No século e meio que se passou desde que os cientistas (incluindo Charles Darwin) perceberam o mistério da explosão cambriana, uma variedade de explicações para esse evento foram propostas, desde genéticas até cósmicas. Um artigo de revisão moderno sobre este tópico é chamado “Beyond the Cambrian Explosion: From the Galaxy to the Genome” (“Pesquisa Gondwana”, 2014, 25, 3, 881-883, doi: 10.1016/j.gr.2014.01.001 ) . Por exemplo, a tendência para a formação em massa de esqueletos minerais - a famosa "revolução esquelética", também é "biomineralização" - no início do Cambriano abarcava não apenas uma grande variedade de animais multicelulares, mas também eucariotos unicelulares, e alguns algas. Sugere-se que isso se deve a uma mudança global na composição química do ambiente externo, ou seja, neste caso, a água do mar. De fato, foi demonstrado que no início do Cambriano, por algumas razões puramente geológicas, a concentração de cálcio (Ca2+) na água do mar, um íon necessário para criar esqueletos sólidos como nenhum outro, aumentou aproximadamente três vezes (“ Geologia”, 2004, 32, 6, 473-476). A base mineral dos esqueletos de animais é mais frequentemente o carbonato de cálcio (conchas de moluscos, agulhas e xícaras de pólipos de coral, espículas de esponja) e às vezes fosfato de cálcio (ossos de vertebrados).

O problema é que explicar a revolução do esqueleto não é o mesmo que explicar a própria explosão cambriana. A revolução esquelética apenas forneceu tecidos duros e mineralizados a vários animais que já existiam na época em que começou. E nem se aplicava a todos eles. Nessas localidades cambrianas, cujo tipo de preservação permite o enterro de criaturas não esqueléticas, verifica-se imediatamente que uma parte considerável da fauna cambriana era bastante “de corpo mole”. Então não é sobre os esqueletos. O fenômeno que deve ser explicado em primeiro lugar é a aceleração única da evolução dos animais multicelulares, que muito rapidamente (no final do Ediacarano - início do Cambriano) criaram muitos novos grandes grupos, esqueléticos ou não.

Na história a seguir, partiremos do cenário que foi brevemente delineado no início dos anos 1970 pelo paleontólogo americano Stephen Stanley. É claro que a paleontologia é uma ciência que se desenvolve muito rapidamente; obras de quarenta anos nele sempre exigem emendas, e vamos introduzir essas emendas no decorrer da conversa. É verdade, na verdade, será mais uma adição. Ideia principal Stanley resistiu ao teste do tempo excepcionalmente bem. A soma dos fatos conhecidos até agora se encaixa perfeitamente.

Recomeçar. Entre parênteses, notamos: para decidir o que exatamente deve ser tomado como o “início”, ao analisar qualquer processo histórico não é uma tarefa fácil, porque as cadeias de causa e efeito podem se estender no passado quase indefinidamente, confundindo um pesquisador descuidado. No nosso caso, o “princípio” será a biota ediacarana. O que ela representava?

Na ecologia, costuma-se destacar organismos formadores de ambiente, cuja atividade determina a estrutura de comunidades inteiras. Tais organismos são chamados de edificadores.

Por exemplo, em uma moderna floresta de carvalhos, o edificador é carvalho, em um pequeno lago tranquilo pode ser lentilha, etc. Assim, nos mares ediacaranos, os edificadores eram os “tapetes” de algas filamentosas cobrindo o -chamados tapetes de algas (PALAIOS, 1999, 14, 1, 86-93, doi: 10.2307/3515363). Sobre esses "tapetes" já viviam familiares para nós vendedores. A maioria deles levava um estilo de vida apegado; como eles comiam não é totalmente claro, mas é mais provável - visualmente, sugando substâncias dissolvidas da água com toda a superfície do corpo. Alguns protozoários marinhos ainda se alimentam dessa maneira, por exemplo, os grandes - até 20 centímetros! - xenofióforos multinucleares, semelhantes a amebas gigantes. Vendobionts poderia estar perto deles em termos de estilo de vida.

Existem outras versões. Em 1986, o paleontólogo Mark McMenamin sugeriu que os vendedores-biontes eram análogos ecológicos dos pogonóforos modernos - anelídeos do fundo do mar desprovidos de boca e intestinos. Os pogonóforos vivem no oceano a uma profundidade onde a luz solar não penetra. Mas existem fontes termais que liberam sulfeto de hidrogênio (H 2 S) na água. O corpo do pogonophora está repleto de bactérias simbióticas que oxidam o sulfeto de hidrogênio em enxofre e a energia resultante é usada para fixar o dióxido de carbono, como na fotossíntese. Este processo alimenta as bactérias e o verme em que vivem. Era mais fácil para os Vendobiontes: eles geralmente viviam em águas rasas, onde havia luz solar suficiente para a fotossíntese, e podiam se alimentar das algas unicelulares simbióticas que enchiam seu corpo. Isso também é bastante real, existem vermes e moluscos modernos que fazem exatamente isso - no entanto, para eles, essa fonte de alimento é adicional. Mas por que não deveria ser o principal? O mundo dos Vendbiontes, onde ninguém comia ninguém, McMenamin chamava de "Jardim de Ediacara", com uma óbvia alusão jocosa ao Jardim do Éden (PALAIOS, 1986, 1, 2, 178-182, doi: 10.2307/3514512) . A grande desvantagem dessa hipótese é que ela ainda é difícil de testar; além disso, obviamente não pode se aplicar a todos os venodobiontes sem exceção - alguns deles viviam no mar mais profundo do que o nível onde penetra luz suficiente para a fotossíntese ("Proceedings of o Nacional Academia de Ciências dos EUA, 2009, 106, 34, 14438-14443). Mas enfim, em condições diferentes eles poderiam comer de forma diferente.

O paradoxo é que o conceito de "Jardim de Ediacara" parece estar próximo da verdade com qualquer suposição realista sobre o modo de nutrição dos vendedores-biontes. Realmente não importa se as algas viviam neles ou não. No mundo ediacarano, ninguém realmente comia ninguém (além de objetos unicelulares, mas eucariotos unicelulares eles podem comer uns aos outros.) É fundamentalmente importante que até certo ponto nas comunidades ediacaranas houvesse não apenas predadores (que comeriam outros animais), mas também “herbívoros” (que raspariam as algas ou as comeriam ativamente). Assim, ninguém interferiu no crescimento das esteiras de algas.

Isso tudo mudou quando um aumento na concentração de oxigênio na água do mar (que, de acordo com dados geológicos, foi gradual em todo o Ediacarano) permitiu que algumas criaturas multicelulares acelerassem seu metabolismo o suficiente para iniciar um estilo de vida verdadeiramente ativo. Havia "colheitadeiras" - grandes animais com sistema de propulsão e boca, que se moviam ao longo das esteiras de algas e comiam grandes áreas delas. Um desses "colhedores" foi a kimberella familiar para nós. Em termos de estilo de vida e velocidade de movimento, os primeiros animais ediacaranos comedores de algas provavelmente se assemelhavam a caracóis modernos; para nós parece inofensivo, mas "do ponto de vista" dos habitantes ediacaranos, o aparecimento de tais criaturas foi um verdadeiro desastre. As esteiras de algas imediatamente deixaram de ser sólidas; os animais não apenas os raspavam de cima, mas também comiam por baixo, tendo dominado a penetração no solo para isso (os zoólogos chamam essas ações de "mineração"). Aqui os vendedores também conseguiram, que no final do Ediacarano simplesmente desapareceu.

A partir desse momento, um padrão geral começou a funcionar, estabelecido por ecologistas por muito tempo e verificado jeitos diferentes, até experimentos diretos: sob a pressão de um predador, a diversidade de suas presas aumenta em comparação com uma comunidade onde não há predadores (“Proceedings of the National Academy of Sciences USA”, 1973, 70, 5, 1486- 1489). Se as comunidades bênticas anteriores estavam saturadas com muito poucas espécies dominantes de algas, agora o equilíbrio entrou em colapso e a evolução rápida começou. Enquanto isso, o conjunto Nichos ecológicos disponível para os animais também se expandiu. Surgiram besouros terrestres ativos, adaptados para viver constantemente em tocas, passando o solo do fundo pelos intestinos e extraindo dele nutrientes; é assim que muitos vermes do mar ainda vivem - vermes da areia, por exemplo. Pela primeira vez, os vermes comedores de terra começaram a cavar passagens não apenas horizontais, mas também verticais no fundo do mar, fazendo com que o solo fosse enriquecido com oxigênio e, assim, facilitando ainda mais sua colonização por outros animais. Esses eventos foram chamados de "revolução do substrato" (GSA Today, 2000, 10, 9, 1-7, ftp://rock.geosociety.org/pub/GSAToday/gt0009.pdf). Assim, os animais em evolução não apenas ocuparam nichos ecológicos prontos, mas também criaram ativamente novos, transformando o processo em um processo autocatalítico (auto-acelerado).

Alguns habitantes da superfície inferior começaram a expandir seus nichos ecológicos não em direção ao solo, mas, ao contrário, em direção à coluna de água. Como resultado, surgiu o zooplâncton - uma comunidade de pequenos animais que ficam suspensos na água e flutuam junto com ela. Como regra, os representantes do zooplâncton se alimentam filtrando a água e esticando o fitoplâncton, ou seja, algas unicelulares localizadas na mesma coluna de água (já havia tantas delas na época da explosão cambriana). E, de fato, no início do Cambriano, os primeiros filtradores planctônicos apareceram no registro paleontológico - branquiópodes ("Paleobiology", 1997, 23, 2, 247-262). As guelras, como todos os crustáceos, são donas de membros articulados, originalmente destinados a caminhar no chão, ou seja, ao longo do fundo. Portanto, não há dúvida de que eles passaram os estágios iniciais de sua evolução no fundo e se voltaram para o estilo de vida planctônico apenas mais tarde.

As consequências do aparecimento do zooplâncton acabaram sendo globais. O fato é que os animais planctéricos filtram não apenas as algas da água, mas também qualquer suspensão na qual possa haver pelo menos alguns nutrientes. Estes são principalmente restos dispersos de organismos mortos. Depois de filtrar a suspensão e sugar moléculas úteis dela, os plankters (principalmente os crustáceos diferem nisso) cuidadosamente “empacotam” o resto em seus intestinos em pedaços densos - pelotas fecais que rapidamente afundam e vão para o fundo. Transporte de suspensão de pellets - o fator mais importante, o que reduz a turbidez da água no oceano. Assim, após o aparecimento dos filtradores planctônicos, a água tornou-se transparente, a luz penetrou em maior profundidade e a concentração de oxigênio nela aumentou (parte dela era anteriormente gasta na oxidação da mesma suspensão morta). O primeiro fator aumentou a profundidade da zona em que a fotossíntese é possível, o segundo melhorou as condições para a fauna bentônica. De acordo com todos os dados, o oceano Fanerozóico oxigenado transparente difere nitidamente do oceano lamacento pré-cambriano (“Geobiology”, 2009, 7, 1, 1-7). Ao mesmo tempo, a concentração de oxigênio na atmosfera também aumentou. Naturalmente, sob as novas condições, a diversidade de plantas e animais aumentou ainda mais. Outro loop autocatalítico é fechado.

A vinda do predador

Todos os animais de que falamos até agora foram no sentido mais amplo"herbívoros". Eles comiam organismos fotossintéticos ou, na pior das hipóteses, os restos mortais de alguém. Ao mesmo tempo, a própria biomassa de "herbívoros" era um recurso valioso (e até certo ponto completamente não reclamado) para os animais que se alimentam de outros animais, ou seja, para os predadores. No início, nenhum predador simplesmente existia. Mas na presença de atributos da vida ativa como o sistema nervoso, os músculos e o aparelho oral, seu aparecimento era apenas uma questão de tempo. Os primeiros grandes predadores, já definitivamente especializados em se alimentar de outros animais multicelulares, surgiram há cerca de 520 milhões de anos; estes são dinocarídeos - criaturas bem nadadoras relacionadas a artrópodes ("Gondwana Research", 2014, 25, 896-909, doi, 10.1016/j.gr.2013.06.001). O representante mais famoso dos dinocarídeos é o anomalocaris, uma criatura esguia e segmentada com cerca de um metro de comprimento com olhos facetados complexos e poderosos membros articulados próximos à boca que claramente serviam para capturar presas em movimento. No início do Cambriano, não havia esses predadores. A "Revolução dos Esqueletos" foi, sem dúvida, de alguma forma, uma resposta à sua aparição; mudar a composição química da água do mar só facilitou. E o aparecimento de esqueletos, por sua vez, lançou o desenvolvimento de novos nichos ecológicos. Stephen Stanley escreveu com razão que razões puramente biológicas são suficientes para explicar a explosão cambriana; fatores que atuam de fora na biosfera podem afetar a taxa deste ou daquele processo, mas todos os principais eventos podem ser explicados sem eles. A explosão da diversidade animal multicelular foi o resultado natural de uma série de processos autocatalíticos desencadeados pelo aparecimento dos primeiros "herbívoros" (como Kimberella) e ocorrendo ao nível das comunidades, ou seja, dos ecossistemas. Fora da ecologia, é realmente impossível explicar a explosão cambriana.

Com o advento dos predadores, o processo de formação de novas formas de vida começou a desacelerar um pouco. Desenvolveu-se um repertório de nichos ecológicos, quase todos já distribuídos e ocupados. É claro que a expansão das comunidades continuou - apenas mais lentamente. Por exemplo, somente após o final do período Cambriano surgiram os moluscos pés de espada, ocupando um nicho bastante exótico de predadores escavadores (“Advances in Marine Biology”, 2002, 42, 137-236). Mas tal escala como na virada do Ediacarano e Cambriano, a evolução em larga escala dos animais nunca mais alcançou.

Do ponto de vista da história do evento, o início da explosão cambriana pode ser considerado o aparecimento dos primeiros comedores de algas eficazes (kimberella) e o fim - o aparecimento dos primeiros predadores eficazes (anomalocaris). Kimberella apareceu 555 milhões de anos atrás, anomalocaris - 520 milhões de anos atrás, o intervalo entre eles é de 35 milhões de anos. Não tão rápido.